7 PENGARUH HARMONISA PADA GARDU TRAFO

PENGARUH HARMONISA PADA GARDU TRAFO TIANG
DAYA 200 KVA DI PT PLN (Persero) APJ SURABAYA UTARA
Titiek Suheta
Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya
[email protected]
Subuh Isnur Haryudo
Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya
[email protected]
Abstrak
Penyaluran energi listrik ke konsumen tidak terlepas dari penggunaan saluran transmisi dan distribusi dimana
transformator distribusi menjadi salah satu komponen utama sebagai alat penurun tegangan. Dalam
penggunaannya dengan beragamnya beban yang diberikan akan mempengaruhi kinerja dari transformator
tersebut , hal ini dikarenakan adanya ketidakseimbangan beban yang akan mengakibatkan harmonisa. Akibat
Harmonisa yang terjadi pada gardu tiang trafo daya 200 KVA akan mengakibatkan penurunan tegangan
sebesar 9,57% , Arus hubung singkat 950.99 Ampere, Arus beban penuh 23774.925 Amper dan besarnya THD
arus melebihi standar sebesar 8% sedangkan THD tegangan tidak melebihi standar.
Kata kunci : Gardu Trafo Tiang 200 kVA, THD Arus dan Tegangan
Abstrac
Distribution of electrical energy to the consumer is inseparable from the use of transmission and distribution
lines where distribution transformers to be one of the main components as a means of lowering the voltage. In
use with a variety of a given load will affect the performance of the transformer, this is due to load imbalance
that would result in harmonics. Harmonics that occur due to the substation pole 200 KVA power transformer
will result in a voltage drop of 9.57%, a short circuit current 950.99 Ampere, 23774,925 Amper full load current
and current THD exceeds the standard size of 8% while the THD voltage does not exceed the standard.
Keywords: Column 200 kVA substation transformers, voltage and current THD
adanya distorsi gelombang arus dan tegangan akan
menimbulkan harmonisa. Distorsi gelombang arus dan
tegangan ini muncul akibat adanya pembentukan
gelombang-gelombang dengan frekuensi kelipatan bulat
dari frekuensi fundamentalnya.
Pengaruh harmonisa tersebut secara teknis
maupun ekonomis sangat merugikan sistem tenaga
listrik. Untuk itu perlu kajian tentang bagaimana tingkat
harmonisa pada trafo tiang pada pembebanan trafo
200 kVA di PT PLN (Persero) APJ SURABAYA
UTARA. Lokasi penelitian dilakukan di trafo tiang yang
berada di :
1. Jalan Kali Kepiting 175
2. Jalan Dharma Husada Indah I
3. Jalan Dharma Husada Indah Utara IV
4. Jalan Mulyosari Timur 50
5. Jalan Kedung Cowek 177A
Pendahuluan
Saat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan
yang utama, baik untuk kehidupan sehari-hari maupun
untuk kebutuhan industri. Penyediaan tenaga listrik yang
stabil dan kontinyu merupakan syarat mutlak yang harus
dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik.
Namun penggunaan beban non linier dapat menimbulkan
harmonisa pada sistem distribusi tenaga listrik (Tribuana,
1999). Tingginya tingkat kandungan harmonisa yang
terdapat pada sistem distribusi tenaga listrik, dapat
menyebabkan kualitas daya menjadi lebih buruk, karena
faktor daya sistem menjadi lebih rendah.
Adanya
harmonisa
ini
menyebabkan
gelombang arus dan tegangan menjadi cacat dan tidak
sinusoidal lagi (Julius dkk, 2007). Harmonisa yang
mengalir pada sistem tenaga dapat menyebabkan
meningkatnya rugi-rugi daya (I2R), pemanasan berlebih
pada peralatan, rendahnya efisiensi, dan untuk beberapa
peralatan tertentu yang sensitif terhadap distorsi
harmonik kinerjanya akan menurun. Gangguan yang
terjadi pada trafo tiang daya yang disebabkan oleh
Teori Transformator
Menurut Sumanto (1991) dan Zuhal (1995)
Transformator merupakan suatu alat listrik yang
7
mengubah tegangan arus bolak-balik dari satu tingkat ke
tingkat yang lain melalui suatu gandengan magnet dan
berdasarkan
prinsip-prinsip
induksi-elektromagnet.
Transformator terdiri atas sebuah inti, yang terbuat dari
besi berlapis dan dua buah kumparan, yaitu kumparan
primer dan kumparan sekunder.
Penggunaan transformator yang sederhana dan
handal memungkinkan dipilihnya tegangan yang sesuai
dan ekonomis untuk tiap-tiap keperluan serta merupakan
salah satu sebab penting bahwa arus bolak-balik sangat
banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan
penyaluran tenaga listrik.
Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan
hukum Ampere dan hukum Faraday, yaitu: arus listrik
dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya
medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Jika pada
salah satu kumparan pada transformator diberi arus
bolak-balik maka jumlah garis gaya magnet berubahubah. Akibatnya pada sisi primer terjadi induksi. Sisi
sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer
yang jumlahnya berubah-ubah pula. Maka di sisi
sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung
terdapat beda tegangan.
S : Daya Transformator (VA)
V : Tegangan Fasa-fasa pada sisi Tegangan
Rendah (Volt)
Menurut Sumanto (1991) Arus hubung singkat pada
transformator :
dimana :
ISC
kVAT
%Z
kV
: Arus Hubung Singkat
: Daya Transformator (kVA)
: Persentase Impedansi
: Tegangan Fasa-fasa pada sisi
Tegangan rendah (kV)
Perhitungan Load Loss (PLL) Trafo dalam pu :
PLL = ∑ Ih2 + ( ∑ Ih2 x h2 ) PEC-R (p.u)
(4)
dimana :
PLL
PEC-R
h
Ih
Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung
Singkat
Daya transformator bila ditinjau dari sisi tegangan tinggi
(primer) dapat dirumuskan sebagai berikut (Julius dkk,
2006):
√
(3)
√
: Perhitungan Load Loss
: faktor eddy current loss
: angka harmonisa
: arus harmonisa
∑ Ih2 merupakan komponen rugi I2R dalam p.u,
sedangkan ( ∑ Ih2 x h2 ) PEC-R merupakan komponen rugi
eddy current dalam p.u.
(1)
Total Harmonic Distortion
Menurut Sankaran (2002) Total Harmonic
Distortion (TDH) adalah rasio antara nilai RMS dari
komponen harmonisa dan nilai RMS dari fundamental.
Hubungan antara THD dengan IHD dapat dilihat dari
persamaan berikut :
dimana:
S = daya transformator (kVA)
V = tegangan sisi primer transformator (kV)
I = arus jala-jala (A)
Arus beban penuh pada transformator (full load) :
THD = (IHD22 + IHD32 + IHD42 + ...IHDn2)1/2
(2)
√
dimana :
IFL : Arus Beban Penuh (A)
Tabel 1. Data Teknis Gardu Trafo Tiang 200 KVA
Lokasi Trafo
Tegangan
Primer (kV)
Sekunder (V)
Frek
(Hz)
Arus
(A)
Z
(%)
Kali Kepiting 175
21/20.5/20/19.5
231/400
50
6.1-385
4
Dharmahusada Indah I
21/20.5/20/19.5
231/400
50
6.1-385
4
Dharmahusada Indah Utara IV
21/20.5/20/19.5
231/400
50
6.1-385
4
Mulyosari Timur 50
21/20.5/20/19.5
231/400
50
6.1-385
4
Kedung Cowek 177A
21/20.5/20/19.5
231/400
50
6.1-385
4
8
(5)
Tabel 2. Analisa Arus Beban Penuh
Vave
V(fasa-fasa)
IFL
(V)
(V)
(A)
Kali Kepiting 175
211.56
366.43
315.12
Dharmahusada Indah I
70.10
121.42
950.99
Dharmahusada Indah Utara IV
112.37
194.63
593.28
Mulyosari Timur 50
117.70
203.86
566.42
Kedung Cowek 177A
206.39
357.48
323.01
Lokasi Trafo
Besarnya Vave berdasarkan hasil pengukuran dengan menggunakan alat ukur Power Quality Analyzer Hioki
3196.
Tabel 3. Analisa Arus Hubung Singkat
Tegangan
fasa-fasa
ISC
(V)
(A)
Kali Kepiting 175
366.43
7878.043
Dharmahusada Indah I
121.42
23774.925
Dharmahusada Indah Utara IV
194.63
14831.995
Mulyosari Timur 50
203.86
14160.459
Kedung Cowek 177A
357.48
8075.281
Lokasi Trafo
Tabel 4. Analisa Tegangan Average
Pengukuran
Perhitungan
Selisih
ΔV
(V)
(V)
(V)
(%)
Kali Kepiting 175
227.00
215.57
11.43
5.04
Dharmahusada Indah I
228.14
218.39
9.75
4.27
Dharmahusada Indah Utara IV
229.98
216.23
13.75
5.98
Mulyosari Timur 50
220.32
213.93
6.39
2.9
Kedung Cowek 177A
229.85
207.85
22.01
9.57
Lokasi Trafo
Tabel 5. Analisa Arus Average
Pengukuran
Perhitungan
Selisih
ΔIave
(A)
(A)
(A)
(%)
Kali Kepiting 175
211.56
149.75
61.81
29.22
Dharmahusada Indah I
70.10
126.01
55.91
79.76
Dharmahusada Indah Utara IV
112.37
110.16
2.21
1.97
Mulyosari Timur 50
117.70
118.12
0.42
0.36
Kedung Cowek 177A
206.39
197.90
8.49
4.11
Lokasi Trafo
9
Tabel 6. Analisa THD Arus
ITHD Arus (%)
Lokasi Trafo
Kali Kepiting 175
R
3.93
S
1.66
T
4.99
N
20.79
Dharmahusada Indah I
11.80
7.06
7.57
3.85
Dharmahusada Indah Utara IV
6.28
7.12
6.78
36.22
Mulyosari Timur 50
7.51
7.37
9.86
77.82
Kedung Cowek 177A
19.89
20.86
23.28
28.43
Tabel 7. Analisa THD Tegangan
Lokasi Trafo
Pengukuran
Standar
(%)
(%)
R (U1)
1.217
5
Tidak melebihi standar
S (U2)
1.179
5
Tidak melebihi standar
T (U3)
1.726
5
Tidak melebihi standar
R (U1)
1.081
5
Tidak melebihi standar
S (U2)
0.999
5
Tidak melebihi standar
T (U3)
1.094
5
Tidak melebihi standar
R (U1)
1.886
5
Tidak melebihi standar
S (U2)
1.985
5
Tidak melebihi standar
T (U3)
2.100
5
Tidak melebihi standar
R (U1)
1.504
5
Tidak melebihi standar
S (U2)
1.482
5
Tidak melebihi standar
T (U3)
1.549
5
Tidak melebihi standar
R (U1)
4.687
5
Tidak melebihi standar
S (U2)
4.190
5
Tidak melebihi standar
T (U3)
4.620
5
Tidak melebihi standar
Fasa
Kali Kepiting 175
Dharmahusada Indah
I
Dharmahusada Indah
Utara IV
Mulyosari Timur 50
Kedung Cowek 177A
Keterangan
Tabel 8. Analisa Harmonisa Pada Netral
THD urutan nol fasa
I urutan Nol (A)
(%)
Lokasi Trafo
THD I4
I4
urutan
Urutan
R
S
T
R
S
T
nol
(%)
Nol
(A)
Kali Kepiting 175
0.39
0.37
0.45
64.35
96.98
92.29
1.21
253.61
Dharmahusada Indah I
10.06
6.37
6.84
407.83
600.06
516.18
23.26
1524.07
Dharmahusada Indah
Utara IV
4.19
4.10
5.8
485.81
332.47
812.45
14.09
1630.74
Mulyosari Timur 50
6.94
6.93
9.15
818.64
818.65
1069.97
23.02
2707.25
Kedung Cowek 177 A
1.94
1.58
1.87
407.04
337.01
365.51
5.38
1109.57
10
Sumanto. Teori Transformator. Yogyakarta : Andi
Offset, 1991
Tribuana, Wanhar. 1999, Pengaruh Harmonik pada
Transformator
Distribusi.
http://www.elektroindonesia.com/elektro/ener2
5.html.
Julius Sentosa Setiadji, Tabrani Machmudsyah,
Yanuar
Isnanto,
2006,
Pengaruh
Ketidakseimbangan Beban Terhadap Arus
Netral dan Losses pada Transformator
Distribusi , Jurnal Teknik Elektro, Vol. 6 No.
1, pp.68-73, UK Petra
Julius Sentosa Setiadji, Tabrani Machmudsyah,
Yohanes Cipta Wijaya, 2007, Pengaruh
Harmonisa Pada Gardu Trafo Tiang Daya
100 kVA di PLN APJ Surabaya Selatan,
Jurnal Teknik Elektro, Vol. 7 No. 1, pp.13-17,
UK Petra
Zuhal, 1995, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan
Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama,
Jakarta
, Data Teknis Trafo Tiang, PT. PLN
(Persero) Distribusi Jawa Timur.
Kesimpulan
Berdasarkan analisa data di atas,terlihat bahwa THD
arus pada trafo tiang melebihi standar sedangkan
THD tegangan pada trafo tiang tidak ada yang
melebihi standar,dengan pembebanan yang lebih akan
mengakibatkan terjadinya Arus beban penuh dan arus
hubung singkat terbesar terjadi di Dharmahusada
Indah I masing-masing sebesar 950.99 dan 23774.925
Amper dan penurunan tegangan terbesar di Kedung
Cowek 177A sebesar 9.57 %.
Daftar Pustaka
Abdul Kadir, 2000, Distribusi dan Utilisasi Tenaga
Listrik, Jakarta : UI – Press.
Burke, James J. 1994, Power Distribution
Engineering-Fundamentals
And
Applications. New York : Marcel Dekker INC.
C. Sankaran, 2002, Power Quality, USA : CRC Press
LLC
J. Arrilaga, Bradley D.A., Bodger P.S. 2003, Power
System Harmonics, New York: John Wiley &
Sons.
11